德國TESTO網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理

德國TESTO網(wǎng)絡(luò)分析儀的工作原理

    在說原理之前，我們先簡單說下分析儀的發(fā)展史。

       網(wǎng)絡(luò)分析儀是在四端口微波反射計(jì)（見駐波與反射測量）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在60年代中期實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，利用計(jì)算機(jī)按一定誤差模型在每一頻率點(diǎn)上修正由定向耦合器的定向性不完善、失配和竄漏等而引起的誤差，從而使測量度大為提高，可達(dá)到計(jì)量室中精密的測量線技術(shù)的測量度，而測量速度提高數(shù)十倍。

    矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是微波毫米波測試儀器領(lǐng)域中為重要、應(yīng)用為廣泛的一種高精度智能化測試儀器，在業(yè)界享有“微波/毫米波測試儀器之wang”的美譽(yù)，主要用于被測網(wǎng)絡(luò)散射參量雙向S參數(shù)的幅頻、相頻及群時(shí)延等特性信息的測量，廣泛應(yīng)用于以相控陣?yán)走_(dá)為代表的新一代軍用電子裝備研制、生產(chǎn)、維修和計(jì)量等領(lǐng)域，還可以應(yīng)用于制導(dǎo)、隱身及反隱身、航空航天、衛(wèi)星通信、雷達(dá)偵測和監(jiān)視、教學(xué)實(shí)驗(yàn)以及天線與RCS測試、元器件測試、材料測試等諸多領(lǐng)域

     一個(gè)任意多端口網(wǎng)絡(luò)的各端口終端均匹配時(shí)，由第n個(gè)端口輸入的入射行波 an將散射到其余一切端口并 發(fā)射出去。若第m個(gè)端口的出射行波為bm，則n口與m口之間的散射參數(shù)Smn=bm/an。一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)共有四個(gè)散射參數(shù) S11、S21、S12和S22。當(dāng)兩個(gè)終端均匹配時(shí)，S11和S22就分別是端口1和2的反射系

分析儀

數(shù)，S21是由1口至2口的傳輸系數(shù)，S12則是反方向的傳輸系數(shù)。當(dāng)某一端口m終端失配時(shí)，由終端反射回來的行波又重新進(jìn)入m口。這可以等效地看成是m口仍是匹配的，但有一個(gè)行波am入射到m口。這樣，在任意情況下都可以列出各口等效入射、出射行波與散射參數(shù)之間關(guān)系的聯(lián)立方程組。據(jù)此可以解出網(wǎng)絡(luò)的一切特性參數(shù)，如終端失配時(shí)的輸入端反射系數(shù)、電壓駐波比、輸入阻抗以及各種正向反向傳輸系數(shù)等。這就是網(wǎng)絡(luò)分析儀的基本的工作原理。單端口網(wǎng)絡(luò)可視為雙口網(wǎng)絡(luò)的特例，在其中除S11之外，恒有S21=S12=S22。對(duì)于多端口網(wǎng)絡(luò)，除了一個(gè)輸入和一個(gè)輸出端口之外，可在其余一切端口都接上匹配負(fù)載，從而等效為一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)。輪流選擇各對(duì)端口作為等效雙口網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出端，進(jìn)行一系列測量并列出相應(yīng)的方程，即可解得n端口網(wǎng)絡(luò)的全部n2個(gè)散射參數(shù)，從而求出n端口網(wǎng)絡(luò)的一切特性參數(shù)。 　圖左為四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀測量S11時(shí)測試單元的原理示意，箭頭表示各行波的路徑。信號(hào)源 u輸出信號(hào)經(jīng)開關(guān)S1和定向耦合器D2輸入到被測網(wǎng)絡(luò)的端口1，這就是入射波a1。端口1的反射波（即1口的出射波b1）經(jīng)定向耦合器 D2和開關(guān)傳到接收機(jī)的測量通道。信號(hào)源u的輸出同時(shí)經(jīng)定向耦合器D1傳到接收機(jī)的參考通道，這個(gè)信號(hào)是正比于a1的。于是雙通道幅度-相位接收機(jī)就測出b1/a1，即測出S11，包括其幅值和相位（或?qū)嵅亢吞摬浚y量時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的端口2接上匹配負(fù)載R1，以滿足散射參數(shù)所規(guī)定的條件。系統(tǒng)中的另一個(gè)定向耦合器D3也終接匹配負(fù)載R2，以免產(chǎn)生不良影響。其余三個(gè)S 參數(shù)的測量原理與此類同。圖右為測量不同Smn參數(shù)時(shí)各開關(guān)應(yīng)放置的位置。

     在實(shí)際測量之前，先用三個(gè)阻抗已知的標(biāo)準(zhǔn)器（例如一個(gè)短路、一個(gè)開路和一個(gè)匹配負(fù)載）供儀器進(jìn)行一系列測量，稱為校準(zhǔn)測量。由實(shí)測結(jié)果與理想（無儀器誤差時(shí)）應(yīng)有的結(jié)果比對(duì)，可通過計(jì)算求出誤差模型中的各誤差因子并存入計(jì)算機(jī)中，以便對(duì)被測件的測量結(jié)果進(jìn)行誤差修正。在每一頻率點(diǎn)上都按此進(jìn)行校準(zhǔn)和修正。測量步驟和計(jì)算都十分復(fù)雜，非人工所能勝任。

     上述網(wǎng)絡(luò)分析儀稱為四端口網(wǎng)絡(luò)分析儀，因?yàn)閮x器有四個(gè)端口，分別接到信號(hào)源、被測件、測量通道和測量的參考通道。它的缺點(diǎn)是接收機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，誤差模型中并未包括接收機(jī)所產(chǎn)生的誤差。

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